高浓度Er3+掺杂碲酸盐玻璃的红外荧光增效机制及其在NIR/MIR激光器件中的应用研究

本研究成功制备了Er3+掺杂浓度达3.0-9.0 mol%的TeO2-BaO-Er2O3（TBE）玻璃体系，通过拉曼/红外光谱解析玻璃基质结构振动，发现TBE3样品在1.5μm（1.44×10–20 cm2）和2.7μm（1.81×10–20 cm2）波段展现优异发射截面，为开发高效近红外(NIR)/中红外(MIR)光纤激光器提供了新型高掺杂增益材料。

　　

Highlight亮点

本研究开发的超高浓度Er³⁺掺杂碲酸盐玻璃在1.5μm和2.7μm波段展现出创纪录的发射截面，为突破当前近红外/中红外激光器的效率瓶颈提供了革命性材料解决方案。

Experimental实验方法

采用高纯度TeO₂、Ba₂CO₃和Er₂O₃粉末（纯度99.99%）制备了摩尔百分比为80TeO₂-(20-x)BaO-xEr₂O₃（x=3-9）的玻璃系列，命名为TBE3-TBE9。原料经精确称量混合后，在铂金坩埚中1000°C熔融20分钟，通过精密控制退火工艺获得光学级玻璃样品。

Thermal characterization热学特性

图1显示TBE3样品的差示扫描量热(DSC)曲线呈现366°C的玻璃转变温度(Tg)和486°C的结晶起始温度(Tx)。所有样品的ΔT（Tx-Tg）均超过120°C，其中最高达134°C的优异抗结晶稳定性，这为后续光纤拉制提供了充分的工艺窗口。值得注意的是，随着Er₂O₃含量增加，玻璃网络结构呈现规律性强化。

Conclusions结论

通过系统研究证实：1）高Er³⁺掺杂显著增强了2.7μm波段荧光强度，这归因于离子间距离缩短促进的交叉弛豫效应；2）TeO₂-BaO基质与Er³⁺的协同作用使材料同时具备低声子能量（<700cm^-1）和高辐射效率；3）该体系玻璃的ΔT>120°C、发射截面>1.8×10^–20cm²等综合性能指标，使其成为NIR/MIR光子器件的理想候选材料。